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提高异步电动机的转速和采用混合模糊滑模控制器的磁
链闭环控制
smail Bendaas Farid Naceri Sebti Belkacem
摘要：本文提出了一种新的方法，结合滑模控制（SMC）和模糊逻辑控制（FLC）增强一类非线性控制系统的可靠性和操作性能。这种模拟滑模控制（FSMC）开发对速度控制和异步电动机的磁通环的应用提供了广阔的发展前景。提出的控制律可解决与常规控制有关的问题，如大电流、磁链、转矩抖动和变量的滑模控制开关频率和参数的变化，其中一个强大的模糊逻辑控制器取代了部分不连续的经典滑模控制律。仿真结果是FSMC技术在转速和磁链转子控制器方面相比于经典的SMC在转矩的脉动减少和稳态、动态转矩响应、抗干扰和参数变化等方面具有更好的动态性能。
关键词：感应电机，滑模控制，模糊逻辑控制，模糊滑模控制，抖振现象。
1 引言
感应电机最适合工业因为他们的驱动器简单而强大的结构、高转矩重量比、高可靠性和操作能力—危险环境中仍然正常运行。然而，他们的控制是具有挑战性的任务，因为由定子电流引起的转子电流，负责转矩的产生导致了一定的后果，但是它们也有助于净气隙磁通，导致转矩和磁通之间的耦合。输入输出—体化经常被用于非线性系统中，非线性系统的输出和输入之间的直接关系是为了实施一个控制法。然而，某些情况下高非线性的复杂性和存在性不允许对这些非线性进行精确的补偿获得所需的跟踪性能存在外部干扰。
滑模控制的可靠性和简单性，在很大程度上是用来控制一个大类的非线性系统。为了吸引眼球，表面称为滑动的在定义上取决于系统状态。合成的全局控制包括两个方面：第一个是允许进入这个表面，第二个是保持滑动到相平面的原点。全球控制确保了良好的跟踪性能，快速的动态和短的响应时间。
然而，此控制律表示控制法中使用的符号函数的缺点，以确保该方法相到滑动模式的通道。这就产生了抖动的现象，由控制信号的突然和快速的变化，它可以激发高频率的过程和造成损害赔偿。
自从Mamdani在1974使用以来模拟逻辑控制一直是一个活跃的研究课题
。利用模糊逻辑控制（FLC）是采用定性知识的实践，设计一个控制器有了更多的解释。这是一般适用于系统中的错误建模，但有经验的运营商的定性知识，可用于设计。它特别适用于不确定或复杂动态系统。一般来说，一个模拟控制算法由一组决策规则和启发式确定，可以视为一个非数学的控制算法，与传统的反馈控制算法相比，为了弥补抖振的缺点，更好的工作，重点是滑模控制与模糊逻辑控制相结合。
在本文中，我们提出了一种新的混合非线性控制方法，它是基于滑模控制和模糊逻辑方法的。采用滑模控制方法设计了感应电机转速和转子磁链控制器。动态解耦控制的条件下完成的参数的定子电阻的变种和负载转矩的时间变量。为了减少不必要的抖振现象的符号功能，采用模拟控制方法，并用于设计一种新的模糊开关函数代替传统的滑模切换函数。最后，模拟和比较，以证明这种方法的贡献和实用性。
2 异步电动机模型
在实验室的三相感应电动机的模型（alpha;，beta;）由下列公式计算得出
感应电机电磁转矩和运动的表达式为
异步电动机的状态模型是一种非线性的多变量系统，采用以下形式
感应电动机的模型，由（1）、（2）和（3）推导出来，通过非线性系统来定义的
这里
：定子电流基准的组成部分。
：转子磁通基准的组成部分
：旋转角速度
：定子电压基准组件
：定子和转子绕组电阻
：定子电感矩阵
：转子电感矩阵
:定转子互感矩阵
:极对数
:惯性矩
:摩擦阻力系数
:布朗德尔分散系数
：电磁转矩
：负载转矩
：机械转子旋转速度
3 滑模控制的基本概念
滑模控制器（SMC）是一种变结构控制器（VSC）。一种变结构系统，其特点在于通过选择一个函数和一个开关逻辑，这种选择将在不同结构的任何时间之间切换，以便将这些结构的有用特性结合起来，以便系统的预期行为。可以考虑（4）中系统所描述的。
SMC的设计包括以下步骤：
- 在状态空间中设计一个切换流形s来表示所需的系统动力学，这比给定的维数要低阶，s通过下式定义
在这里被称为切换功能
- 设计一个变结构控制
这样，任何状态下X切换面以外达到有限时间，达到表面即条件 s(x)=0满足有限时间。一旦滑动模式发生在切换面上，所需的系统动力学被跟踪控制。这个程序使系统全局渐近稳定。
方程（6）是一种滑动，该方程的状态空间分成两部分，s(x)gt;0和s(x)lt;0.
切换逻辑的目的是促使轨迹遵循表面开关。然后可以认为系统滑动沿表面开关的轨迹s(x)= 0被称为是抖动现象。
所以，我们有兴趣在计算等效控制然后计算有吸引力的状态空间控制。控制矢量是由两参数u和Delta;u的矢量控制，我们必须分析和描述控制u（t）的解析表达式。
我们有
在滑动模式和站立系统中，表面为零，因此其导数和不连续部分为零。因此，我们推导出的表达式的等效控制
等效控制可以认为是一个限制值，限制为
在收敛模式和替代等效控制通过方程（8）表达的过程中，我们找到表面衍生的新的表达如下
问题是找到Delta;u如下
最简单的形式，是采取离散控制是一个继电器。在这种情况下，有吸引力的控制如下
把（12）代入（11），我们得到
这是必要的，满足滑动表面的吸引力的条件。正增益系数为满足条件（13）。这种增益的选择是非常有影响的，因为如果它是非常小的，响应时间会很长，如果它是选择非常大，我们将有大的振荡控制系统。这些振荡可以激发动力学被忽视的（抖动现象）。
4 模糊滑模控制器设计
传统的滑模控制是基于状态变量的不连续函数，在该系统中，被用来创建一个“滑动面”。当这个表面被到达时，不连续的函数保持在表面上的轨迹，以便得到所需的系统动力学。
在本文中，速度和转子磁通的控制器被模拟滑模控制器替换，以获得一个强大的性能。保持等效控制的一部分（SMC）加入模糊控制（FLC），我们获得新的方法控制（FSMC）如图1所示
图1 控制方法框图
将两者结合起来，提供系统的稳定性和可靠性。采用模拟逻辑的方法来解决这个问题的抖动控制。
4.1 SMC控制器的合成
在系统的速度和转子磁链滑模控制的设计中，选择了切换函数作为控制系统
这里
在（16），omega;是速度的参考，phi;是磁链参考；ew是误差之间的转子速度与参考速度（输入输出速度环），er是误差之间的转子磁链和参考磁链（输入输出流量环。
从（16）到（15）开始，我们有
其中K1和K2均为正收益。
替代（17）和（15），我们得到
其中K1和K2均为正收益，表面衍生式的发展如下
这里
对于系统状态的必要条件，遵循轨迹的滑动表面的Si = 0。对于标称系统功能，等效控制Ueq是控制确保S = 0，这给定了
假设
或者
我们得到
4.2 FLC控制器设计
众所周知抖振现象是SMC的缺点之一。在本节中，模糊控制FLC引入取代函数系数k1,2 。由于状态的轨迹可以达到并沿变化的表面上移动，良好的动态稳定状态可以通过SMC和FLC的组合来实现。
本文采用的模糊控制器有两个输入端和一个输出，如图2所示
图2 模拟逻辑控制图
隶属函数在图3（a）和（b）中定义网络连接，模糊规则库是形式的语言规则集合的。
规则一：如果s1,2和ds1,2是负大，那么的dU1,2也是负大
规则二：如果s1,2是负中，ds1,2是负大，那么dU1,2也是负大
规则三：如果s1,2是负小，ds1,2是NG，那么dU1,2也是负小
.
.
.
规则四十九：如果s1,2和ds1,2是正大，那么的dU1,2也是正大
这些推论可以在表的更明确的方式作出，称为决策表
表一 模糊推理表
5 灵敏性研究和仿真结果
为了证明混合动力控制由模糊滑模技术的性能的使用原理，我们将提出由电压反相器来控制感应电动机的模拟。这一业绩是在操作模式模拟成立：控制相对于随后负载转矩的变化的参数变化（定子和转子电阻）的稳健性。
图3 隶属函数
5.1 与负载转矩的应用速度变化试验
要显示混合模糊滑模演出，我们模拟图4描述的系统
在第一个试验涉及的速度演变和抗干扰FSMC和SMC控制器，该测试涉及的驱动系统的低参考速度的性能。当感应电动机在100弧度/秒无负载，负载转矩5 N·m被突然在t = 0.3秒施加，随后交付倒置-100rad / s的在t = 0.4秒和加速度再次至15弧度下操作/秒。当感应电动机在低速运转，我们消除T = 0.8秒的转矩负载。所提出的控制由FSMC和传统的控制SMC之间的比较，提出在图。图5（a）和（b）。这种比较清楚地表明，FSMC提供了良好的性能。的FSMC控制器，没有过冲拒绝该负荷干扰非常迅速，具有可忽略的稳态误差，保持转矩和通量之间的去耦，并降低在电磁响应的抖动现象。传统的控制SMC拒绝负载扰动非常迅速，没有过冲，并只在额定转速微不足道的稳态误差，在电磁转矩的抖振现象。
图4 FSMC框图
图5 根据负载转矩不同的速度给定的应用仿真结果
5.2 稳健性检验
为了验证该方法的稳健性，我们研究了演出的参数不确定性的影响，我们与SMC控制进行了比较。
要显示的参数的不确定性的影响，我们模拟与考虑，并与标称值的结果的参数的不同的值的系统比较。
考虑两种情况：
- 定子和如图6所示转子的电阻（分别为50％和100％）。
- 转动惯量（50％至100％）。
为了说明控制的性能，我们模拟无负载电动机的起动方式，和负荷TL= 5 N·m，在t1=0.3秒时应用，这是在t2= 0.7秒时消除，考虑参数变化以100弧度/秒的速度的步骤（惯性，定子和转子的电阻的时刻）。
图6 定子和转子的电阻
图7示出了由SMC和SMC为定子和转子的电阻的不同的值实现了系统的响应。定子和转子的电阻的变化不会对使用的方法的性能有任何影响。在SMC控制的抖振现象在装入期间增加。
6 结论
本文介绍一种新的混合方法，以减少SMC和FLC原则相结合基础上的抖振现象。控制策略需要有关系统模型的特点是更少的信息，简单，易于在线实现。不同的模拟结果显示在参数变化和负载扰动的存在控制器的高性能和稳定性。速度控制，使无过冲和零稳态误差实现快速的动态响应。磁通和转矩之间的去耦保持关于参数变化和外部负载扰动。在稳定状态下，当与传统的控制的SMC相比转矩抖动降低。
图7 在定子和转子电阻的变化模拟结果
参考文献
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